Antennes fractales pour la télévision. Antenne fractale ultra-large bande basée sur un monopôle circulaire. Ensuite, une onde électromagnétique plane a été envoyée à l'antenne fractale conçue, et le programme a calculé la propagation du champ avant et après

En mathématiques, les fractales sont des ensembles constitués d'éléments similaires à l'ensemble dans son ensemble. Meilleur exemple: Si vous regardez attentivement la ligne d’une ellipse, elle deviendra droite. Une fractale – peu importe la distance à laquelle vous zoomez – l’image restera complexe et similaire à la vue générale. Les éléments sont disposés de manière bizarre. Par conséquent, nous considérons les cercles concentriques comme l’exemple le plus simple de fractale. Peu importe à quel point vous vous rapprochez, de nouveaux cercles apparaissent. Il existe de nombreux exemples de fractales. Par exemple, Wikipédia donne un dessin de chou romanesco, où la tête de chou est constituée de cônes qui ressemblent exactement à la tête de chou dessinée. Les lecteurs comprennent désormais que fabriquer des antennes fractales n’est pas chose facile. Mais c'est intéressant.

Pourquoi les antennes fractales sont-elles nécessaires ?

Le but d’une antenne fractale est d’attraper plus avec moins. Dans les vidéos occidentales, il est possible de trouver un paraboloïde dont l'émetteur sera un morceau de ruban fractal. Ils fabriquent déjà des éléments d'appareils à micro-ondes à partir de feuilles d'aluminium plus efficaces que les appareils ordinaires. Nous allons vous montrer comment réaliser une antenne fractale et gérer la correspondance seul avec le compteur SWR. Mentionnons qu'il existe tout un site Internet, étranger bien sûr, où le produit correspondant est promu à des fins commerciales ; il n'y a pas de dessins. Notre antenne fractale faite maison est plus simple, le principal avantage est que vous pouvez réaliser la conception de vos propres mains.

Les premières antennes fractales - biconiques - sont apparues, selon une vidéo du site fractenna.com, en 1897 par Oliver Lodge. Ne regardez pas sur Wikipédia. Par rapport à un dipôle conventionnel, une paire de triangles au lieu d'un vibrateur donne une expansion de bande de 20 %. En créant des structures répétitives périodiques, il a été possible d'assembler des antennes miniatures pas pires que leurs homologues plus grandes. Vous trouverez souvent une antenne biconique sous la forme de deux cadres ou de plaques de forme bizarre.

A terme, cela permettra de capter davantage de chaînes de télévision.

Si vous tapez une requête sur YouTube, une vidéo sur la fabrication d'antennes fractales apparaît. Vous comprendrez mieux comment cela fonctionne si vous imaginez l'étoile à six branches du drapeau israélien, dont le coin a été coupé ainsi que les épaules. Il s'est avéré qu'il restait trois coins, deux avaient un côté en place, l'autre non. Le sixième virage est totalement absent. Nous allons maintenant placer deux étoiles similaires verticalement, avec des angles centraux l'un par rapport à l'autre, des fentes à gauche et à droite, et au-dessus d'elles - une paire similaire. Le résultat fut un réseau d'antennes - l'antenne fractale la plus simple.

Les étoiles sont reliées aux coins par une mangeoire. Par paires par colonnes. Le signal est prélevé sur la ligne, exactement au milieu de chaque fil. La structure est assemblée avec des boulons sur un substrat diélectrique (plastique) de taille appropriée. Le côté de l'étoile mesure exactement un pouce, la distance verticale entre les coins des étoiles (la longueur du chargeur) est de quatre pouces et la distance horizontale (la distance entre les deux fils du chargeur) est d'un pouce. Les étoiles ont des angles de 60 degrés à leurs sommets ; maintenant le lecteur va dessiner quelque chose de similaire sous la forme d'un modèle, afin qu'il puisse plus tard fabriquer lui-même une antenne fractale. Nous avons réalisé un croquis de travail, mais l'échelle n'a pas été respectée. Nous ne pouvons pas garantir que les étoiles sont sorties exactement, Peinture Microsoft sans grande capacité à produire des dessins précis. Il suffit de regarder l'image pour que la structure de l'antenne fractale devienne évidente :

1. Le rectangle marron montre le substrat diélectrique. L'antenne fractale représentée sur la figure a un diagramme de rayonnement symétrique. Si l'émetteur est protégé des interférences, l'écran est placé sur quatre poteaux derrière le substrat à une distance d'un pouce. Aux fréquences il n'est pas nécessaire de placer une tôle solide, un grillage d'un quart de pouce de côté suffira, n'oubliez pas de relier le blindage à la tresse du câble.
2. Un départ avec une impédance caractéristique de 75 Ohms nécessite une coordination. Trouvez ou fabriquez un transformateur qui convertit 300 ohms en 75 ohms. Il est préférable de s'approvisionner en compteur SWR et de sélectionner les paramètres nécessaires non pas au toucher, mais en utilisant l'appareil.
3. Quatre étoiles, pliées en fil de cuivre. Nous nettoierons l'isolant vernis à la jonction avec le chargeur (le cas échéant). L'alimentation interne de l'antenne est constituée de deux morceaux de fil parallèles. Il est conseillé de placer l'antenne dans un boîtier pour la protéger des intempéries.

Assemblage d'une antenne fractale pour la télévision numérique

Après avoir lu cette critique jusqu'au bout, n'importe qui peut fabriquer des antennes fractales. Nous nous sommes tellement plongés dans la conception que nous avons oublié de parler de polarisation. Nous supposons qu'il est linéaire et horizontal. Cela découle de considérations :

• La vidéo est évidemment d'origine américaine, la conversation porte sur la TVHD. Par conséquent, nous pouvons adopter la mode du pays spécifié.
• Comme vous le savez, peu de pays sur la planète diffusent depuis des satellites utilisant la polarisation circulaire, parmi lesquels la Fédération de Russie et les États-Unis. Par conséquent, nous pensons que d’autres technologies de transmission d’informations sont similaires. Pourquoi? Il y a eu une guerre froide, nous pensons que les deux pays ont choisi stratégiquement quoi et comment transférer, d'autres pays sont partis de considérations purement pratiques. La polarisation circulaire a été introduite spécifiquement pour les satellites espions (se déplaçant constamment par rapport à l'observateur). Il y a donc des raisons de croire qu’il existe des similitudes entre la radiodiffusion et la télévision.
• La structure de l'antenne indique qu'elle est linéaire. Il n’y a tout simplement nulle part où obtenir une polarisation circulaire ou elliptique. Par conséquent - à moins que parmi nos lecteurs il y ait des professionnels qui possèdent MMANA - si l'antenne n'accroche pas dans la position acceptée, faites pivoter de 90 degrés dans le plan de l'émetteur. La polarisation deviendra verticale. À propos, beaucoup pourront capter FM si les dimensions sont 4 fois plus grandes. Il est préférable de prendre un fil plus épais (par exemple 10 mm).

Nous espérons avoir expliqué aux lecteurs comment utiliser une antenne fractale. Quelques conseils pour un montage facile. Essayez donc de trouver du fil avec une protection vernie. Pliez les formes comme indiqué sur l'image. Ensuite, les concepteurs divergent, nous recommandons de faire ceci :

1. Dénudez les étoiles et les fils d'alimentation aux points de jonction. Fixez les fils d'alimentation par les oreilles avec des boulons au support dans les parties centrales. Pour effectuer l'action correctement, mesurez un pouce à l'avance et tracez deux lignes parallèles avec un crayon. Il devrait y avoir des fils le long d'eux.
2. Soudez une seule structure en vérifiant soigneusement les distances. Les auteurs de la vidéo recommandent de réaliser l'émetteur de manière à ce que les étoiles reposent à plat sur les mangeoires avec leurs coins, et reposent avec leurs extrémités opposées sur le bord du substrat (chacune à deux endroits). Pour une étoile approximative, les emplacements sont marqués en bleu.
3. Pour remplir la condition, serrez chaque étoile au même endroit avec un boulon avec une pince diélectrique (par exemple, des fils PVA en batiste et similaires). Sur la figure, les emplacements de montage sont indiqués en rouge pour une étoile. Le boulon est schématiquement dessiné avec un cercle.

Le câble d'alimentation passe (en option) de verso. Percez des trous en place. Le SWR est ajusté en modifiant la distance entre les fils d'alimentation, mais dans cette conception, il s'agit d'une méthode sadique. Nous recommandons de simplement mesurer l'impédance de l'antenne. Rappelons comment cela se fait. Vous aurez besoin d'un générateur à la fréquence du programme que vous regardez, par exemple 500 MHz, ainsi que d'un voltmètre haute fréquence qui n'abandonnera pas le signal.

Ensuite, la tension produite par le générateur est mesurée, pour laquelle il est connecté à un voltmètre (en parallèle). Nous assemblons un diviseur résistif à partir d'une résistance variable avec une auto-inductance extrêmement faible et une antenne (nous le connectons en série après le générateur, d'abord la résistance, puis l'antenne). On mesure la tension avec un voltmètre Resistance variable, tout en ajustant simultanément le calibre jusqu'à ce que les relevés du générateur sans charge (voir point ci-dessus) deviennent deux fois plus élevés que ceux actuels. Cela signifie que la valeur de la résistance variable est devenue égale à l'impédance d'onde de l'antenne à une fréquence de 500 MHz.

Il est désormais possible de fabriquer le transformateur selon les besoins. Il est difficile de trouver ce dont vous avez besoin sur Internet ; pour ceux qui aiment capter les émissions de radio, nous avons trouvé une réponse toute faite http://www.cqham.ru/tr.htm. Il est écrit et dessiné sur le site Web comment faire correspondre la charge avec un câble de 50 Ohm. Veuillez noter que les fréquences correspondent à la gamme HF, SW s'intègre partiellement ici. L'impédance caractéristique de l'antenne est maintenue dans la plage de 50 à 200 Ohms. Difficile de dire combien la star va donner. Si vous disposez dans votre exploitation d'un appareil permettant de mesurer l'impédance d'onde d'une ligne, rappelons-le : si la longueur du départ est un multiple du quart de la longueur d'onde, l'impédance de l'antenne est transmise à la sortie sans modification. Pour les petites et grandes portées, il est impossible de fournir de telles conditions (rappelez-vous que les antennes fractales en particulier incluent également une portée étendue), mais à des fins de mesure, le fait mentionné est utilisé partout.

Désormais, les lecteurs savent tout sur ces étonnants appareils émetteurs-récepteurs. Une forme aussi inhabituelle suggère que la diversité de l'Univers ne rentre pas dans les limites typiques.

Le monde n'est pas sans bonnes personnes :-)
Valéry UR3CAH : "Bonjour, Egor. Je pense que cet article (à savoir la rubrique "Antennes fractales : moins c'est plus") correspond à la thématique de votre site et va vous intéresser :) 73 !"
Oui, bien sûr, c'est intéressant. Nous avons déjà abordé ce sujet dans une certaine mesure en discutant de la géométrie des hexabimes. Là aussi, il y avait un dilemme avec « l'emballage » de la longueur électrique dans des dimensions géométriques :-). Merci beaucoup, Valéry, d'avoir envoyé le matériel.
Antennes fractales : moins c'est plus
Au cours du dernier demi-siècle, la vie a rapidement commencé à changer. La plupart d'entre nous acceptent les réalisations technologies modernes pour acquis. On s’habitue très vite à tout ce qui rend la vie plus confortable. Il est rare que quelqu’un pose la question « D’où cela vient ? » et "Comment ça marche?" Un micro-ondes réchauffe le petit-déjeuner - super, un smartphone vous donne la possibilité de parler à une autre personne - super. Cela nous semble une possibilité évidente.
Mais la vie aurait pu être complètement différente si une personne n'avait pas cherché une explication aux événements qui se déroulaient. Prenez les téléphones portables, par exemple. Vous vous souvenez des antennes rétractables sur les premiers modèles ? Ils ont interféré, ont augmenté la taille de l'appareil et, à la fin, se sont souvent cassés. Nous pensons qu’ils sont tombés dans l’oubli pour toujours, et cela s’explique en partie par… les fractales.
Les motifs fractals fascinent par leurs motifs. Ils ressemblent définitivement à des images d'objets cosmiques - nébuleuses, amas de galaxies, etc. Il est donc tout à fait naturel que lorsque Mandelbrot a exprimé sa théorie des fractales, ses recherches ont suscité un intérêt accru parmi ceux qui étudiaient l'astronomie. L'un de ces amateurs, Nathan Cohen, après avoir assisté à une conférence de Benoit Mandelbrot à Budapest, a eu l'idée application pratique connaissance acquise. Certes, il l'a fait intuitivement et le hasard a joué un rôle important dans sa découverte. En tant que radioamateur, Nathan cherchait à créer une antenne ayant la sensibilité la plus élevée possible.
La seule façon améliorer les paramètres de l'antenne, connu à l'époque, consistait à augmenter ses dimensions géométriques. Cependant, le propriétaire de la propriété du centre-ville de Boston que Nathan louait était catégoriquement contre l'installation de gros appareils sur le toit. Nathan a ensuite commencé à expérimenter différentes formes d'antennes, en essayant d'obtenir le résultat maximum avec une taille minimale. Inspiré par l'idée des formes fractales, Cohen, comme on dit, a créé au hasard l'une des fractales les plus célèbres à partir de fil de fer - le "flocon de neige de Koch". Le mathématicien suédois Helge von Koch a proposé cette courbe en 1904. Il est obtenu en divisant un segment en trois parties et en remplaçant le segment médian par un triangle équilatéral sans côté coïncidant avec ce segment. La définition est un peu difficile à comprendre, mais sur la figure tout est clair et simple.
Il existe également d'autres variantes de la courbe de Koch, mais la forme approximative de la courbe reste similaire.

Lorsque Nathan a connecté l'antenne au récepteur radio, il a été très surpris : la sensibilité a considérablement augmenté. Après une série d'expériences, le futur professeur de l'Université de Boston s'est rendu compte qu'une antenne réalisée selon un motif fractal avait un rendement élevé et couvrait une gamme de fréquences beaucoup plus large que les solutions classiques. De plus, la forme de l'antenne en forme de courbe fractale permet de réduire considérablement les dimensions géométriques. Nathan Cohen a même proposé un théorème prouvant que pour créer antenne à large bande il suffit de lui donner la forme d’une courbe fractale auto-similaire.

L'auteur a breveté sa découverte et a fondé une entreprise pour le développement et la conception d'antennes fractales, Fractal Antenna Systems, estimant à juste titre qu'à l'avenir, grâce à sa découverte, les téléphones portables pourront se débarrasser des antennes encombrantes et devenir plus compacts. En principe, c'est ce qui s'est passé. Il est vrai qu'à ce jour, Nathan est engagé dans une bataille juridique avec grandes entreprises, qui utilise illégalement sa découverte pour produire des appareils de communication compacts. Quelques fabricants célèbres appareils mobiles, comme Motorola, ont déjà conclu un accord de paix avec l'inventeur de l'antenne fractale. Source primaire

Au cours des dernières années, j'ai été régulièrement confronté aux défis de développement de modules hyperfréquences UWB (ultra large bande) et unités fonctionnelles. Et aussi triste que cela puisse être pour moi de dire cela, je reçois presque toutes les informations sur le sujet de sources étrangères. Cependant, il y a quelque temps, en cherchant les informations dont j'avais besoin, j'en suis tombé sur une qui promettait une solution à tous mes problèmes. Je veux parler de la façon dont les problèmes n'ont pas été résolus.

L'un des « maux de tête » constants dans le développement des dispositifs micro-ondes UWB est le développement d'antennes UWB, qui doivent avoir un ensemble de certaines propriétés. Parmi ces propriétés figurent les suivantes :

1. Accord dans la bande de fréquences de fonctionnement (par exemple de 1 à 4 GHz). Cependant, cela arrive lorsqu'il est nécessaire de s'entendre dans la gamme de fréquences allant de 0,5 GHz à 5 GHz. Et ici se pose le problème de descendre en dessous de 1 GHz en fréquence. J'ai généralement eu l'impression que la fréquence 1 GHz a une sorte de pouvoir mystique - on peut s'en approcher, mais il est très difficile de le surmonter, car dans ce cas, une autre exigence relative à l'antenne n'est pas respectée, à savoir

2. Compacité. Après tout, ce n’est un secret pour personne que peu de gens ont désormais besoin d’une antenne cornet guide d’ondes de taille énorme. Tout le monde veut une antenne petite, légère et compacte pour pouvoir être insérée dans un boîtier. un appareil portable. Mais lors du compactage de l'antenne, il devient très difficile de se conformer au paragraphe 1 des exigences relatives à l'antenne, car La fréquence minimale de la plage de fonctionnement est étroitement liée à la taille maximale de l'antenne. Quelqu'un dira que vous pouvez fabriquer une antenne sur un diélectrique avec une constante diélectrique relative élevée... Et ils auront raison, mais cela contredit l'élément suivant de notre liste, qui dit que

3. L'antenne doit être aussi bon marché que possible et fabriquée à partir des matériaux les plus accessibles et les moins coûteux (par exemple, FR-4). Parce que personne ne veut payer cher, très cher pour une antenne, même si elle est trois fois géniale. Tout le monde veut connaître le coût de l'antenne au stade de la fabrication circuit imprimé tendait vers zéro. Parce que c'est notre monde...

4. Une exigence supplémentaire se pose lors de la résolution de divers problèmes associés, par exemple, à la localisation à courte portée, ainsi qu'à la création de divers capteurs utilisant la technologie UWB (il faut ici préciser que nous parlons de sur les applications basse consommation où chaque dBm compte). Et cette exigence stipule que le diagramme de rayonnement (DP) de l’antenne conçue doit être formé dans un seul hémisphère. Pourquoi est-ce? Pour que l'antenne « brille » uniquement dans une seule direction, sans dissiper une énergie précieuse dans le « retour ». Cela vous permet également d'améliorer un certain nombre d'indicateurs du système dans lequel une telle antenne est utilisée.

Pourquoi est-ce que j'écris tout ça... ? Pour que le lecteur curieux comprenne que le développeur d'une telle antenne est confronté à de nombreuses restrictions et interdictions qu'il doit surmonter héroïquement ou avec humour.

Et soudain, comme une révélation, apparaît un article qui promet une solution à tous les problèmes ci-dessus (ainsi que ceux qui n'ont pas été mentionnés). La lecture de cet article évoque un léger sentiment d’euphorie. Même si la première fois vous ne comprenez pas complètement ce qui est écrit, le mot magique « fractal » semble très prometteur, car La géométrie euclidienne a déjà épuisé ses arguments.

Nous nous mettons au travail avec audace et introduisons la structure proposée par l'auteur de l'article dans le simulateur. Le simulateur grogne gutturalement comme une glacière d'ordinateur, mâchant des gigaoctets de chiffres, et crache le résultat digéré... En regardant les résultats de la simulation, on se sent comme un petit garçon trompé. Les larmes me montent aux yeux, parce que... encore une fois, vos rêves aériens d'enfance sont entrés en collision avec la fonte... la réalité. Il n'y a pas de coordination dans la gamme de fréquences 0,1 GHz - 24 GHz. Même dans la plage de 0,5 GHz à 5 GHz, il n'y a rien de similaire.

Il reste encore un timide espoir que vous n'avez pas compris quelque chose, que vous avez fait quelque chose de mal... La recherche du point de commutation commence, diverses variantes de la topologie, mais tout est en vain - c'est mort !

Le plus triste dans cette situation, c'est que jusqu'au dernier moment vous cherchez en vous la raison de l'échec. Merci à mes collègues qui m’ont expliqué que tout était correct, que ça ne devrait pas marcher.

P.S. J'espère que mon message de vendredi vous a fait sourire.
La morale de cette présentation est la suivante : soyez vigilant !
(Et je voulais vraiment écrire un ANTI-article à ce sujet, parce que j'ai été trompé).

La première chose que je voudrais écrire est une petite introduction à l’histoire, à la théorie et à l’utilisation des antennes fractales. Des antennes fractales ont été récemment découvertes. Ils ont été inventés pour la première fois par Nathan Cohen en 1988, puis il a publié ses recherches sur la fabrication d'une antenne de télévision à partir de fil et l'a brevetée en 1995.

L'antenne fractale a plusieurs caractéristiques uniques, comme écrit sur Wikipédia :

« Une antenne fractale est une antenne qui utilise une conception fractale et auto-répétitive pour maximiser la longueur ou augmenter le périmètre (sur les zones internes ou la structure externe) d'un matériau capable de recevoir ou de transmettre des signaux électromagnétiques dans une surface ou un volume total donné. .»

Qu'est-ce que cela signifie exactement? Eh bien, vous devez savoir ce qu'est une fractale. Également tiré de Wikipédia :

"Une fractale est généralement une forme géométrique brute ou fragmentée qui peut être divisée en parties, chaque partie étant une copie plus petite de l'ensemble - une propriété appelée auto-similarité."

Ainsi, une fractale est une forme géométrique qui se répète encore et encore, quelle que soit la taille de ses différentes parties.

Il a été constaté que les antennes fractales sont environ 20 % plus efficaces que les antennes conventionnelles. Cela peut être utile notamment si vous souhaitez que votre antenne TV reçoive des vidéos numériques ou haute définition, augmente la portée cellulaire, la portée Wi-Fi, la réception radio FM ou AM, etc.

En majorité téléphones portables Il existe déjà des antennes fractales. Vous l'avez peut-être remarqué parce que Téléphones portables n'ont plus d'antennes à l'extérieur. C'est parce qu'ils ont des antennes fractales à l'intérieur, gravées dans le circuit imprimé, ce qui leur permet de recevoir un meilleur signal et de capter plus de fréquences, comme Bluetooth, cellulaire et Wi-Fi à partir d’une seule antenne.

Wikipédia:

« La réponse de l'antenne fractale est sensiblement différente des conceptions d'antennes traditionnelles dans la mesure où elle est capable de fonctionner simultanément avec de bonnes performances à différentes fréquences. La fréquence des antennes standards doit être coupée pour pouvoir recevoir uniquement cette fréquence. Par conséquent, une antenne fractale, contrairement à une antenne conventionnelle, constitue une excellente conception pour les applications large bande et multibandes.

L’astuce consiste à concevoir votre antenne fractale pour qu’elle résonne à la fréquence centrale spécifique souhaitée. Cela signifie que l'antenne aura un aspect différent en fonction de ce que vous souhaitez réaliser. Pour ce faire, vous devez utiliser les mathématiques (ou une calculatrice en ligne).

Dans mon exemple, je vais faire antenne simple, mais vous pouvez le rendre plus complexe. Plus c’est complexe, mieux c’est. J'utiliserai une bobine de fil à âme pleine de 18 brins pour fabriquer l'antenne, mais vous pouvez personnaliser vos propres circuits imprimés en fonction de votre esthétique, les rendre plus petits ou plus complexes avec une plus grande résolution et résonance.

Je vais fabriquer une antenne TV pour recevoir la TV numérique ou la TV haute résolution. Ces fréquences sont plus faciles à utiliser et leur longueur varie d'environ 15 cm à 150 cm pour la demi-longueur d'onde. Pour des raisons de simplicité et de faible coût des pièces, je vais le placer sur une antenne dipôle commune, elle captera les ondes dans la gamme 136-174 MHz (VHF).

Pour recevoir les ondes UHF (400-512 MHz), vous pouvez ajouter un directeur ou un réflecteur, mais cela rendra la réception plus dépendante de la direction de l'antenne. Le VHF est également directionnel, mais au lieu de pointer directement vers la chaîne de télévision dans une installation UHF, vous devrez monter les oreilles VHF perpendiculairement à la chaîne de télévision. Cela demandera un peu plus d'efforts. Je veux rendre le design aussi simple que possible, car c'est déjà une chose assez complexe.

Composants principaux:

• Surface de montage, telle qu'un boîtier en plastique (20 cm x 15 cm x 8 cm)
• 6 vis. J'ai utilisé des vis à tôle en acier
• Transformateur avec résistance de 300 Ohm à 75 Ohm.
• Fil de montage 18 AWG (0,8 mm)
• Câble coaxial RG-6 avec terminateurs (et avec gaine en caoutchouc si l'installation sera à l'extérieur)
• Aluminium lors de l'utilisation d'un réflecteur. Il y en avait un dans la pièce jointe ci-dessus.
• Marqueur fin
• Deux paires de petites pinces
• La règle ne mesure pas moins de 20 cm.
• Convoyeur pour mesure d'angle
• Deux forets, dont un légèrement plus petit en diamètre que vos vis
• Petit coupe-fil
• Tournevis ou tournevis

Remarque : Le bas de l'antenne en fil d'aluminium se trouve sur le côté droit de l'image, là où dépasse le transformateur.

Étape 1 : Ajout d'un réflecteur

Assemblez le boîtier avec le réflecteur sous le couvercle en plastique

Étape 2 : perçage des trous et installation des points de montage

Percez de petits trous de sortie sur le côté opposé du réflecteur à ces emplacements et placez une vis conductrice.

Étape 3 : Mesurer, couper et dénuder les fils

Coupez quatre morceaux de fil de 20 cm et placez-les sur le corps.

Étape 4 : Mesurer et marquer les fils

A l'aide d'un marqueur, marquez tous les 2,5 cm sur le fil (il y aura des coudes à ces endroits)

Étape 5 : Création de fractales

Cette étape doit être répétée pour chaque morceau de fil. Chaque virage doit être exactement de 60 degrés, puisque nous allons créer des triangles équilatéraux pour la fractale. J'ai utilisé deux paires de pinces et un rapporteur. Chaque virage est réalisé sur un repère. Avant de réaliser des plis, visualisez la direction de chacun d’eux. Veuillez utiliser pour cela le schéma ci-joint.

Étape 6 : Création de dipôles

Coupez deux autres morceaux de fil d'au moins 6" de long. Enroulez ces fils autour des vis supérieure et inférieure le long du côté long, puis enroulez-les autour des vis centrales. Coupez ensuite l'excédent de longueur.

Étape 7 : Installation des dipôles et installation du transformateur

Fixez chacune des fractales sur les vis d’angle.

Fixez un transformateur de l'impédance appropriée aux deux vis centrales et serrez-les.

Assemblage terminé ! Vérifiez-le et profitez-en !

Étape 8 : Plus d'itérations/expériences

J'ai créé de nouveaux éléments en utilisant un modèle papier de GIMP. J'ai utilisé un petit fil téléphonique solide. Il était suffisamment petit, solide et flexible pour se plier aux formes complexes requises par la fréquence centrale (554 MHz). C'est la moyenne signal numérique UHF pour les chaînes télévision terrestre Dans ma zone.

Photo ci-jointe. Il peut être difficile de voir les fils de cuivre dans des conditions de faible luminosité par rapport au carton et au ruban adhésif sur le dessus, mais vous voyez l'idée.

A cette taille, les éléments sont assez fragiles, il faut donc les manipuler avec précaution.

J'ai également ajouté un modèle au format png. Pour imprimer la taille souhaitée, vous devrez l'ouvrir dans un éditeur de photos comme GIMP. Le modèle n'est pas parfait car je l'ai réalisé à la main à l'aide d'une souris, mais il est suffisamment confortable pour les mains humaines.

CDU 621.396

antenne fractale ultra-large bande basée sur un monopôle circulaire

G.I.Abdrakhmanova

Université technique de l'aviation d'État d'Oufa,

Université des études de Trente

Annotation.L'article aborde le problème de la conception d'une antenne ultra-large bande basée sur la technologie fractale. Les résultats d'études sur les changements des caractéristiques du rayonnement en fonction du facteur d'échelle sont présentés.et le niveau d'itération. Une optimisation paramétrique de la géométrie de l'antenne a été réalisée pour répondre aux exigences du coefficient de réflexion. Les dimensions de l'antenne développée sont de 34 × 28 mm 2 et la plage de fréquences de fonctionnement est de 3,09 ÷ 15 GHz.

Mots clés:communications radio ultra large bande, technologie fractale, antennes, réflectivité.

Abstrait:Le développement d'une nouvelle antenne ultra-large bande basée sur la technologie fractale est décrit dans l'article. Les résultats de la recherche sur les caractéristiques du rayonnement changent en fonction de la valeur du facteur d'échelle et du niveau d'itération sont présentés. L'optimisation paramétrique de la géométrie de l'antenne pour satisfaire aux exigences de coefficient de réflexion a été appliquée. La taille de l'antenne développée est de 28 × 34 mm 2 et la bande passante est de 3,09 ÷ 15 GHz.

Mots clés:communication radio ultra large bande, technologie fractale, antennes, coefficient de réflexion.

1. Introduction

Aujourd'hui, les systèmes de communication à bande ultra-large (UWB) présentent un grand intérêt pour les développeurs et les fabricants d'équipements de télécommunications, car ils permettent de transmettre sans licence d'énormes flux de données à des vitesses élevées dans une bande de fréquences ultra-large. Les particularités des signaux transmis impliquent l'absence d'amplificateurs puissants et de composants complexes de traitement du signal dans le cadre des complexes émetteurs-récepteurs, mais elles limitent la portée (5-10 m).

L’absence d’une base d’éléments appropriée capable de fonctionner efficacement avec des impulsions ultracourtes freine l’adoption massive de la technologie UWB.

Les antennes d'émetteur-récepteur sont l'un des éléments clés qui influencent la qualité de transmission/réception du signal. L'orientation principale des brevets et de la recherche dans le domaine de la conception de la technologie d'antenne pour les dispositifs UWB est la miniaturisation et la réduction des coûts de production tout en garantissant les caractéristiques de fréquence et d'énergie requises, ainsi que l'utilisation de nouvelles formes et structures.

Ainsi, la géométrie de l'antenne est construite sur la base d'une spline avec une fente rectangulaire en forme de U au centre, ce qui lui permet de fonctionner dans la bande UWB avec une fonction de blocage. Wi-Fi -bande, dimensions de l'antenne - 45,6 × 29 mm 2. Une figure asymétrique en forme de E mesurant 28×10 mm 2, située à une hauteur de 7 mm par rapport au plan conducteur (50×50 mm 2) a été choisie comme élément rayonnant. Une antenne monopolaire planaire (22x22 mm2) conçue sur la base d'un élément rayonnant rectangulaire et d'une structure résonante en échelle sur la face arrière est présentée.

2 Énoncé du problème

Étant donné que les structures circulaires peuvent fournir une bande passante assez large, une conception simplifiée, une petite taille et des coûts de production réduits, cet article propose de développer une antenne UWB basée sur un monopôle circulaire. Plage de fréquences de fonctionnement requise – 3,1 ÷ 10,6 GHz à un niveau de coefficient de réflexion de -10 dB S 11, (Fig. 1).

Riz. 1. Masque requis pour la réflectance S 11

Dans un but de miniaturisation, la géométrie de l'antenne sera modernisée grâce à l'utilisation de la technologie fractale, qui permettra également d'étudier la dépendance des caractéristiques du rayonnement sur la valeur du facteur d'échelle. δ et le niveau d'itération fractale.

Ensuite, nous nous sommes fixé pour tâche d'optimiser l'antenne fractale développée afin d'élargir la plage de fonctionnement en modifiant les paramètres suivants : la longueur du conducteur central (CP) du guide d'ondes coplanaire (HF), la longueur du plan de masse (GP ) du HF, la distance « CP HF - élément rayonnant (E) ».

La modélisation des antennes et les expériences numériques sont réalisées dans le cadre du " Studio micro-ondes CST".

3 Sélection de la géométrie de l'antenne

Comme élément de base, un monopôle circulaire a été choisi, dont les dimensions sont le quart de la longueur d'onde de la plage requise :

Où L ar– longueur de l'élément rayonnant de l'antenne sans tenir compte du CPU ;fL– fréquence limite inférieure,fL = F min uwb = 3,1·10 9 Hz ; Avec- vitesse de la lumière, Avec = 3·10 8 m/s 2 .

On a L ar= 24,19 mm ≈ 24 mm. Considérant qu'un cercle de rayonr = L ar / 2 = 12 mm, et en prenant la longueur originale du CPULfégalement égal r, nous obtenons l'itération nulle (Fig. 2).

Riz. 2. Zéro itération de l'antenne

Épaisseur du substrat diélectriqueTset avec les valeurs des paramètresεs = 3,38, tg δ = 0,0025 est utilisé comme base sur la face avant de laquelle IE, CPU et PZ . En même temps, les distances " PZ-CP" Zv et "PZ-IE" Zh pris égal à 0,76 mm. Les valeurs des autres paramètres utilisés dans le processus de modélisation sont présentées dans le tableau 1.

Tableau 1. Paramètres d'antenne ( δ = 2)

Nom	Description	Formule	Signification
L a	Longueur de l'antenne	2 ∙ r + Lf	36 mm
W une	Largeur d'antenne	2 ∙ r	24 mm
Lf	Longueur du processeur	r + 0,1	12,1 millimètres
Wf	Largeur du processeur		1,66 mm
LG	Longueur PZ	r – Ts	11,24 millimètres
L s	Longueur du substrat	L a + Gs	37mm
Ws	Largeur du substrat	W une+ 2 ∙ Gs	26 millimètres
G s 1	Écart vertical du substrat		1 mm
G s 2	Écart horizontal du substrat		1 mm
Tm	Épaisseur du métal		0,035 mm
Ts	Épaisseur du substrat		0,76 mm
r	Rayon du cercle de la 0ème itération		12 mm
r 1	Rayon du cercle de la 1ère itération	r /2	6 mm
r 2	Rayon du cercle de la 2ème itération	r 1 /2	3 mm
r 3	Rayon du cercle 3 itérations	r 2 /2	1,5 mm
εs	La constante diélectrique		3,38

L'antenne est alimentée par un guide d'onde coplanaire constitué d'un conducteur central et d'un plan de masse, SMA -connecteur et un port de guide d'ondes coplanaire (CWP) situé perpendiculairement à celui-ci (Fig. 3).

Où εeff – constante diélectrique effective :

K – intégrale elliptique complète du premier type ;

	(5)

La fractalité lors de la construction d'une antenne réside dans une manière particulière d'emballer les éléments : les itérations suivantes de l'antenne sont formées en plaçant des cercles de rayon plus petit dans les éléments de l'itération précédente. Dans ce cas, le facteur d'échelle δ détermine combien de fois les tailles des itérations voisines différeront. Ce processus pour l'occasion δ = 2 est montré sur la Fig. 4.

Riz. 4. Première, deuxième et troisième itérations de l'antenne ( δ = 2)

Ainsi, la première itération a été obtenue en soustrayant deux cercles de rayonr 1 à partir de l'élément d'origine. La deuxième itération est formée en plaçant des cercles métalliques réduits de moitié en rayonr 2 dans chaque cercle de la première itération. La troisième itération est similaire à la première, mais le rayon estr 3 . L'œuvre examine la disposition verticale et horizontale des cercles.

3.1 Disposition horizontale des éléments

La dynamique des changements du coefficient de réflexion en fonction du niveau d'itération est présentée sur la Fig. 5 pour δ = 2 et sur la Fig. 6 pour δ = 3. Chaque nouvel ordre correspond à une fréquence de résonance supplémentaire. Ainsi, l'itération nulle dans la gamme considérée 0 ÷ 15 GHz correspond à 4 résonances, la première itération – 5, etc. De plus, à partir de la deuxième itération, les changements dans le comportement des caractéristiques deviennent moins perceptibles.

Riz. 5. Dépendance du coefficient de réflexion sur l'ordre d'itération ( δ = 2)

L'essence de la modélisation est qu'à chaque étape, parmi les caractéristiques considérées, celle qui est déterminée comme la plus prometteuse est sélectionnée. À cet égard, la règle suivante a été introduite :

Si l'excès (différence) dans la plage où l'étagère est supérieure à -10 dB est faible, vous devez alors choisir la caractéristique qui a une étagère inférieure dans la plage de fonctionnement (inférieure à -10 dB), car à la suite de l'optimisation, la première sera éliminé, et le second sera encore plus bas.

Riz. 6. Dépendance du coefficient de réflexion sur l'ordre d'itération ( δ = 3)

Sur la base des données reçues et conformément à cette règle pour δ = 2 la courbe correspondant à la première itération est sélectionnée pour δ = 3 – deuxième itération.

Ensuite, il est proposé d'étudier la dépendance du coefficient de réflexion sur la valeur du facteur d'échelle. Considérez le changement δ dans la plage 2 ÷ 6 avec l'étape 1 dans les première et deuxième itérations (Fig. 7, 8).

Un comportement intéressant des graphiques est que, à partir de δ = 3, les caractéristiques deviennent plus plates et plus douces, le nombre de résonances reste constant, et la croissance δ accompagné d'une augmentation du niveau S 11 dans les plages paires et une diminution dans les plages impaires.

Riz. 7. Dépendance du coefficient de réflexion sur le facteur d'échelle pour la première itération ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

Dans ce cas, la valeur choisie pour les deux itérations est δ = 6.

Riz. 8. Dépendance du coefficient de réflexion sur le facteur d'échelle pour la deuxième itération ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

δ = 6, car il est caractérisé par les étagères les plus basses et les résonances les plus profondes (Fig. 9).

Riz. 9. Comparaison de S 11

3.2 Disposition verticale des éléments

La dynamique des changements du coefficient de réflexion en fonction du niveau d'itération pour le cas de disposition verticale des cercles est présentée sur la Fig. 10 pour δ = 2 et sur la Fig. 11 pour δ = 3.

Riz. 10. Dépendance du coefficient de réflexion sur l'ordre d'itération ( δ = 2)

Sur la base des données obtenues et conformément à la règle de δ = 2 et δ = 3 la courbe correspondant à la troisième itération est sélectionnée.

Riz. 11. Dépendance du coefficient de réflexion sur l'ordre d'itération ( δ = 3)

La prise en compte de la dépendance du coefficient de réflexion sur la valeur du facteur d'échelle au sein des première et deuxième itérations (Fig. 12, 13) révèle la valeur optimale δ = 6, comme dans le cas d'une disposition horizontale.

Riz. 12. Dépendance du coefficient de réflexion sur le facteur d'échelle pour la première itération ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

Dans ce cas, la valeur choisie pour les deux itérations est δ = 6, ce qui représente égalementn-plusieurs fractales, ce qui signifie qu'il faudra peut-être combiner des fonctionnalités δ = 2 et δ = 3.

Riz. 13. Dépendance du coefficient de réflexion sur le facteur d'échelle pour la deuxième itération ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

Ainsi, parmi les quatre options comparées, la courbe correspondant à la deuxième itération a été sélectionnée, δ = 6, comme dans le cas précédent (Fig. 14).

Riz. 14. Comparaison S 11 pour les quatre géométries d'antenne considérées

3.3 Comparaison

Compte tenu des meilleures options pour les géométries verticales et horizontales obtenues dans les deux sous-sections précédentes, le choix se porte sur la première (Fig. 15), bien que dans ce cas la différence entre ces options ne soit pas si grande. Plages de fréquences de fonctionnement : 3,825÷4,242 GHz et 6,969÷13,2 GHz. Ensuite, le design sera modernisé afin de développer une antenne fonctionnant sur toute la gamme UWB.

Riz. 15. Comparaison S 11 pour sélectionner l'option finale

4 Optimisation

Cette section traite de l'optimisation de l'antenne basée sur la deuxième itération de la fractale avec la valeur du coefficient δ = 6. Les paramètres variables sont présentés dans et les plages de leurs modifications sont dans le tableau 2.

Riz. 20. Aspect de l'antenne : a) face avant ; b) verso

En figue. 20 montre les caractéristiques reflétant la dynamique du changement S 11 étape par étape et prouver la validité de chaque action ultérieure. Le tableau 4 montre les fréquences de résonance et de coupure utilisées pour calculer les courants de surface et les diagrammes de rayonnement.

Tableau 3. Paramètres d'antenne calculés

Nom	Valeur initiale, mm	Valeur finale, mm
∆ Lf
Zh	Tableau 13,133208
6,195	27,910472
8,85	21,613615
10,6	12,503542
12,87	47,745235

La distribution des courants de surface de l'antenne aux fréquences de résonance et limites de la gamme UWB est illustrée à la Fig. 21, et les diagrammes de rayonnement sont sur la Fig. 22.

a) 3,09 GHz b) 3,6 GHz

c) 6,195 GHz d) 8,85 GHz

e) 10,6 GHz f) 12,87 GHz

Riz. 21. Répartition des courants de surface

UN) F(φ ), θ = 0° b) F(φ ), θ = 90°

V) F(θ ), φ = 0°g) F(θ ), φ = 90°

Riz. 22. Diagrammes de rayonnement dans le système de coordonnées polaires

5 Conclusion

Cet article présente une nouvelle méthode de conception d'antennes UWB basée sur l'utilisation de la technologie fractale. Ce processus comporte deux étapes. Initialement, la géométrie de l'antenne est déterminée en sélectionnant le facteur d'échelle et le niveau d'itération fractale appropriés. Ensuite, une optimisation paramétrique est appliquée à la forme résultante sur la base de l'étude de l'influence de la taille des composants clés de l'antenne sur les caractéristiques de rayonnement.

Il a été établi qu'à mesure que l'ordre des itérations augmente, le nombre de fréquences de résonance augmente et l'augmentation du facteur d'échelle au sein d'une itération est caractérisée par un comportement plus plat. S 11 et constance des résonances (à partir de δ = 3).

L'antenne développée offre une réception de haute qualité des signaux dans la bande de fréquences 3,09 ÷ 15 GHz en termes de niveau S 11 < -10 дБ. Помимо этого антенна характеризуется малыми размерами 34×28 мм 2 , а следовательно может быть успешно применена в СШП приложениях.

6 Remerciements

L'étude a été soutenue par une subvention de l'Union européenne " Action Erasmus Mundus 2", A.G.I. remercie également le professeur Paolo Rocca pour une discussion utile.

Littérature

1.L . Lizzi, G. Oliveri, P. Rocca, A. Massa. Antenne UWB monopôle planaire avec caractéristiques encochées en bande WLAN UNII1/UNII2. Progrès de la recherche en électromagnétisme B, Vol. 25, 2010. – 277-292 p.

2. H. Malekpoor, S. Jam. Antennes patch ultra-large bande en court-circuit alimentées par patch plié à multi-résonances. Progrès de la recherche en électromagnétisme B, Vol. 44, 2012. – 309-326 p.

3. R.A. Sadeghzaden-Sheikhan, M. Naser-Moghadasi, E. Ebadifallah, H. Rousta, M. Katouli, B.S. Virdée. Antenne monopôle planaire utilisant une structure résonante en forme d'échelle de fond de panier pour des performances ultra-large bande. IET Micro-ondes, antennes et propagation, Vol. 4, Iss. 9, 2010. – 1327-1335 p.

4. Révision de la partie 15 des règles de la Commission concernant les systèmes de transmission à ultra-large bande, Federal Communications Commission, FCC 02-48, 2002. – 118 p.